Твердосплавные свёрла: выбор и применение в современном производстве
В металлообрабатывающем производстве выбор правильного инструмента является одним из ключевых факторов, определяющих не только качество конечного продукта, но и экономическую эффективность всего технологического процесса. Особое внимание заслуживает такой инструмент, как твердосплавные свёрла, которые в последние годы получают всё большее распространение благодаря своим уникальным свойствам.
При выборе режущего инструмента для станков по металлу необходимо учитывать множество факторов, начиная от обрабатываемого материала и заканчивая требуемой точностью и глубиной отверстия.
«Выбор между сварными и сплошными свёрлами — это вопрос цены. Так как при изготовлении сварного сверла дорогостоящая быстрорежущая сталь или твёрдый сплав используют только для рабочей части, а хвостовик выполняют из конструкционных сталей, то совокупная цена сварного инструмента значительно ниже монолитного. Современные технологии сварки позволяют получать не отличающиеся по качеству продукты в этих двух типах свёрл», — поясняет инженер-технолог ООО «СИЭНСИЭМ Груп» Вячеслав Мертенс.
С помощью цельных монолитных свёрл, как правило, возможно получить более высокую точность обрабатываемого отверстия по сравнению с аналогами со сменными пластинами, считает технический директор ООО «Джити» Вадим Земнухов. Укрупнённо цельные монолитные свёрла он делит на два типа: твердосплавные и быстрорежущие (HSS). Первые позволяют работать на более скоростных режимах резания по сравнению с HSS, что обеспечивает более высокую производительность процесса.
Оба эксперта сходятся во мнении, что для создания отверстий диаметром менее 20 мм целесообразно применять свёрла сварной конструкции, кобальтовые или монолитные твердосплавные в зависимости от обрабатываемого материала и оборудования. При больших диаметрах предпочтение следует отдавать инструменту со сменными головками и одной пластиной.
«При небольших объёмах производства и мелкосерийных заказах лучше использовать сплошные и сварные свёрла, так как по стоимости они дешевле и неизвестно, когда их снова будут применять. Если на производстве выпускают большой объём продукции и есть серийные заказы, то лучше купить свёрла со сменными пластинами, потому что этот инструмент будет постоянно в работе и придётся менять только пластины, что существенно снизит затраты», — рассуждает начальник бюро инструментального хозяйства ООО «ЧЗСА» Артём Александров.
При выборе твердосплавных свёрл необходимо учитывать несколько важных факторов. По мнению Вадима Земнухова, нужно обращать внимание на следующие параметры: обрабатываемый материал, глубина, диаметр и точность обрабатываемого отверстия.
«Важно выбрать правильную серию свёрл. Для обработки материалов группы P, K, M, S, H зачастую применяются свёрла с PVD-покрытием, для материалов группы N, а также титана более предпочтительны варианты без покрытия. Для материалов группы M, S зачастую применяются свёрла с зауженной ленточкой для уменьшения трения», — говорит технический директор ООО «Джити».
Вячеслав Мертенс добавляет, что особое внимание следует обратить на возможность применения сверла для обработки материала, из которого выполнена заготовка.
Особенности сменных пластин
Сверло — это инструмент, который испытывает в процессе резания очень большие нагрузки. Глубина резания составляет половину от диаметра.
«Выдерживают такие нагрузки длительное время, сохраняя при этом остроту режущих кромок, лучше более крупные пластины. Кроме того, они позволяют применить для фиксации винты большего диаметра и специальную конструкцию посадочного места, не снижающую жёсткость корпуса сверла», — объясняет Вячеслав Мертенс.
Для более вязких материалов Вадим Земнухов считает более эффективным использование головки с небольшой самоцентрирующей частью. Во всех остальных случаях можно использовать обычную головку. Если говорить непосредственно о СМП, то эксперт рекомендует учитывать тип стружколома, тип покрытия, сплав. Для более вязких материалов он советует применять более острый стружколом и более тонкие покрытия.
Оба эксперта единодушны в том, что свёрла с одной пластиной или со сменными головками обладают преимуществом перед многопластинчатыми аналогами благодаря лучшему центрированию и жёсткой посадке, что значительно повышает производительность и стойкость инструмента.
Конечно, правильно не сверлить без смачивания специальными жидкостями. Но вопрос о возможности использования свёрл со сменными пластинами без внутреннего подвода СОЖ является важным для многих производств.
«Да, такое допустимо, но с некоторыми оговорками. При сверлении на глубину, сопоставимую с диаметром сверла, это вполне возможная практика, не требующая никаких особых условий. Для оборудования с расположением оси сверления, не препятствующим выносу стружки, при сверлении на глубины, большие, чем 1D, требуется применение специальных стратегий с полным выводом сверла из отверстия для охлаждения и выноса стружки», — утверждает Вячеслав Мертенс.
Вадим Земнухов говорит, что наружная подача СОЖ допустима, однако, как правило, не очень эффективна, так как в этом случае крайне малое количество жидкости попадает непосредственно в саму зону резания. Наружный полив лишь частично может помогать ломать стружку на этапе её выхода из отверстия за счёт термоудара. По словам эксперта, применение внутреннего подвода СОЖ значительно улучшает процесс сверления, поскольку в этом случае жидкость попадает в саму зону резания, помогает вымывать стружку из отверстия, что даёт возможность более глубокой обработки.
Своевременное распознавание износа пластины является важным фактором для обеспечения стабильного качества обработки и предотвращения поломок инструмента. Вячеслав Мертенс называет самым простым и надёжным способом отслеживание нагрузки на осевой привод станка, подающий сверло, или на шпиндель. Современные станки с ЧПУ не только имеют функцию отображения числовых или графических значений этих показателей, но и могут при превышении заданных оператором или наладчиком чисел прерывать цикл сверления.
Износ пластины можно распознать, осмотрев её кромки, по звуку и вибрации во время обработки детали, во время замера мерителем обработанной детали (нет нужной шероховатости), напоминает Артём Александров.
«При визуальном осмотре пластины может наблюдаться износ по задней поверхности (критерий износа) либо лункообразование на передней. Как правило, ширина критерия износа или лунки не должны превышать 0,2‒0,5 мм. Также на пластине могут наблюдаться сколы по режущей кромке. В этом случае нужно менять кромку или пластину. В процессе работы можно также ориентироваться на звук обработки и значения силы резания на стойке станка», — добавляет Вадим Земнухов.
В списке рекомендаций по увеличению срока службы твердосплавных свёрл г-н Мертенс советует правильный подбор для обрабатываемого материала, в противном случае вследствие своих высоких эксплуатационных характеристик инструмент будет работать, но менее эффективно. Во-вторых, эксперт советует правильно назначать режимы резания. Немаловажен и качественный патрон для установки сверла, обеспечивающий жёсткую фиксацию без биения и с возможностью сквозной подачи СОЖ.
Представитель ЧЗСА указывает на недопустимость износа инструмента до такой степени, что он может лопнуть либо сколоться. Он советует операторам заменять его заранее при некритичном износе. Также можно перетачивать свёрла на специализированном ЧПУ-станке, который сможет заточить инструмент под нужный угол и геометрию (вручную такого не добиться) и производить напыление сверла после заточки для увеличения износостойкости.
«Предварительно обработать плоскость перед операцией сверления (возможно фрезерование технологической лыски); если выход сверла происходит в криволинейную поверхность, то рекомендуется на выходе также предварительно подготовить технологическую лыску; обрабатывать согласно рекомендуемым режимам резания для конкретной группы обрабатываемых материалов и для конкретной глубины; по возможности применять внутренний подвод СОЖ (особенно при глубоком сверлении); при глубоком сверлении использовать для начала пилотное сверло», — даёт напутствия Вадим Земнухов.
Выбор и правильное применение твердосплавных свёрл — это сложный процесс, требующий учёта множества факторов. Важно помнить, что даже самый качественный инструмент не сможет показать свои лучшие характеристики без правильного выбора режимов обработки, надлежащей подготовки оборудования и соблюдения технологических рекомендаций.
Инвестиции в качественные свёрла и их правильное применение позволяют не только повысить точность и качество, но и значительно снизить себестоимость за счёт увеличения производительности и сокращения расходов на инструмент.
Кобальтовые свёрла: мифы и реальность
«Многие производители склонны считать кобальтовые свёрла наиболее эффективным инструментом для работы с металлом. Однако, как отмечают эксперты, это не совсем верно. «Кобальтовые свёрла, безусловно, обладают очень хорошими эксплуатационными свойствами, но назвать их самыми эффективными нельзя.
Они значительно уступают твердосплавным и инструменту с СМП при сверлении закалённых сталей. Кроме того, отсутствуют, во всяком случае пока, кобальтовые свёрла с каналами для подачи СОЖ через инструмент. Это значительно снижает их эффективность при сверлении глубоких отверстий в вязких материалах», — поясняет Вячеслав Мертенс.
«Кобальтовые свёрла по типу HSS-E (5%) или порошковые HSS-PM (10%), естественно, покажут себя более эффективно по сравнению с обычными HSS, но в большинстве случаев они всё равно будут проигрывать по производительности твердосплавным аналогам. Хотя встречаются случаи, когда они могут оказаться самыми эффективными, например при обработке малых диаметров (до 1 мм)», — уточняет Вадим Земнухов.
Елисей Хлыстов, инженер-технолог по разработке инструмента ООО «Микробор»
«Монолитные (сплошные) свёрла применяют там, где требуется высокая точность — отверстия 8–9 квалитета. За счёт двух режущих кромок они обеспечивают более высокую подачу и, соответственно, производительность по сравнению со сборными конструкциями. Кроме того, монолитные свёрла универсальны по диапазону диаметров и глубин обработки. Однако при увеличении диаметра стоимость таких инструментов существенно возрастает, и экономическая целесообразность их применения снижается.
Сварные конструкции чаще используют при диаметрах свыше 20 мм, но при этом неизбежно теряется точность и снижается скорость обработки. В таких случаях предпочтительнее выбирать сверла со сменными многогранными пластинами. Они позволяют получать отверстия среднего и большого диаметра с точностью до 10‑го квалитета, не требуют предварительной центровки и дают возможность сформировать отверстие с плоским дном без дополнительных операций. Ещё одно преимущество — снижение себестоимости обработки за счёт сменных пластин.
Наиболее распространены квадратные (S) и треугольные (W) пластины, обе с положительным задним углом. Квадратные отличаются повышенной прочностью и лучше работают в тяжёлых режимах с высокой подачей, обеспечивая хорошую производительность. Треугольные пластины, напротив, более тонкие по работе, и их чаще применяют для чистовой обработки, где на первый план выходят точность и качество поверхности.
Таким образом, выбор формы пластины напрямую зависит от задач — от максимальной съёмной мощности до финишного качества отверстия.
Существует несколько характерных признаков, по которым можно определить износ сменной пластины. Прежде всего — посторонние звуки при обработке. Из-за нарушения процесса стружкообразования металлические отходы становятся рваными, плохо выходят из отверстия и могут заклинивать в канавках. Это сопровождается скрежетом или характерным свистом, поскольку режущая кромка теряет остроту.
Второй показатель — потеря размеров: изнашивание пластины приводит к отклонению диаметра отверстия. И, наконец, качество поверхности. Наибольший износ всегда приходится на участок перехода режущей кромки в периферию, и появление борозд или царапин в этой зоне сигнализирует о выходе пластины из строя.
Продление срока службы твердосплавного инструмента во многом зависит от грамотной организации процесса. Необходимо обеспечить высокую жёсткость системы „станок–приспособление–инструмент–деталь”, надёжно закреплять заготовку и использовать соответствующую оснастку для крепления свёрл, например, гидро- или термопатроны либо силовые цанговые патроны.
Важно контролировать радиальное биение инструмента перед началом работы. Существенную роль играет выбор геометрии и покрытия сверла в зависимости от материала заготовки, а также соблюдение рекомендованных производителем режимов резания. Использование СОЖ значительно снижает температуру в зоне резания и способствует эффективному выводу стружки.
При сверлении глубоких отверстий рекомендуется предварительно выполнять пилотное отверстие. Все эти меры в комплексе позволяют существенно продлить ресурс инструмента и повысить надёжность обработки».
Текст: Артём Щетников. Фото редакции PromoGroup Media.
